듀플렉스 스테인리스강은 오스테나이트 및 페라이트 스테인리스강의 특성을 결합합니다. 페라이트 스테인리스강과 비교하여 더 높은 가소성과 인성을 가지고 있으며, 실온 취성이 없고, 입계 부식 저항성과 용접 성능이 크게 향상되었습니다. 동시에 페라이트 스테인리스강의 475 취성과 높은 열전도율을 유지하며, 초가소성 등의 특성을 가지고 있습니다. 오스테나이트 스테인리스강과 비교하여 더 높은 강도와 입계 부식 및 염화물 응력 부식에 대한 저항성이 크게 향상되었습니다. 듀얼 페이즈 스테인리스강은 피팅 부식에 대한 우수한 저항성을 가지고 있으며, 니켈 절약 스테인리스강이기도 합니다.
1. 역사적 발전
1940년대 미국에서 탄생한 이후, 듀플렉스 스테인리스강은 세 번째 세대로 발전했습니다. 주요 특징은 항복 강도가 400-550MPa에 도달할 수 있어 일반 스테인리스강의 두 배에 달하며, 이를 통해 재료를 절약하고 장비 제조 비용을 절감할 수 있습니다. 부식 저항성 측면에서 특히 염화 이온 함량이 높은 해수와 같은 가혹한 매체 환경에서 듀플렉스 스테인리스강의 피팅 부식, 크리비스 부식, 응력 부식 및 부식 피로에 대한 저항성은 일반 오스테나이트 스테인리스강보다 훨씬 우수하며, 고합금 오스테나이트 스테인리스강과 비교할 수 있습니다.
2. 성능 특성
이상적인 화학 조성과 열처리 과정을 올바르게 제어함으로써 듀플렉스 스테인리스강은 페라이트 스테인리스강과 오스테나이트 스테인리스강의 장점을 결합합니다. 오스테나이트 스테인리스강의 우수한 인성과 용접성을 페라이트 스테인리스강의 높은 강도와 염화물 응력 부식 저항성과 결합합니다. 이러한 우수한 특성 덕분에 듀플렉스 스테인리스강은 용접 가능한 구조 재료로 빠르게 발전했습니다. 1980년대 이후로 마르텐사이트, 오스테나이트, 페라이트 스테인리스강과 동등한 강철 등급이 되었습니다. 듀얼 페이즈 스테인리스강은 다음과 같은 성능 특성을 가지고 있습니다:
(1) 몰리브덴이 함유된 듀플렉스 스테인리스강은 저응력 하에서 염화물 응력 부식에 대한 우수한 저항성을 나타냅니다. 일반적으로 18-8 오스테나이트 스테인리스강은 60°C 이상의 중성 염화물 용액에서 응력 부식 균열이 발생하기 쉽습니다. 미량의 염화물 및 황화수소 산업 매체에서 이 유형의 스테인리스강으로 만든 열교환기, 증발기 및 기타 장비는 응력 부식 균열을 경험하는 경향이 있는 반면, 듀플렉스 스테인리스강은 우수한 저항성을 가지고 있습니다.
(2) 몰리브덴이 함유된 듀플렉스 스테인리스강은 피팅 부식에 대한 저항성이 우수합니다. 피팅 저항 등가 값(PRE=Cr%+3.3Mo%+16N%)이 동일할 때, 듀플렉스 스테인리스강의 임계 피팅 전위는 오스테나이트 스테인리스강과 유사합니다. 듀플렉스 스테인리스강과 오스테나이트 스테인리스강의 피팅 부식 저항은 AISI 316L과 동등합니다. 특히 질소를 포함한 25% Cr을 함유한 고크롬 듀플렉스 스테인리스강의 피팅 및 크리비스 부식 저항은 AISI 316L을 초과합니다.
(3) 부식 피로 및 마모 부식에 대한 저항성이 우수합니다. 특정 부식성 매체 조건에서 펌프 및 밸브와 같은 전력 장비를 제조하는 데 적합합니다.
(4) 우수한 종합 기계적 성능. 18-8 오스테나이트 스테인리스강의 두 배에 달하는 높은 강도와 피로 강도를 가지고 있습니다. 고용체 상태의 연신율은 25%에 도달하며, 인성 값 AK(V형 홈)는 100J 이상입니다.
3. 구조 및 유형
듀얼 페이즈 스테인리스강은 오스테나이트 스테인리스강과 페라이트 스테인리스강의 듀얼 페이즈 구조로 인해 두 스테인리스강의 특성을 모두 가지고 있으며, 두 페이즈의 함량이 기본적으로 동일합니다. 항복 강도는 400Mpa~550MPa에 도달할 수 있으며, 이는 일반 오스테나이트 스테인리스강의 두 배입니다. 페라이트 스테인리스강과 비교하여 듀플렉스 스테인리스강은 더 높은 인성, 더 낮은 취성 전이 온도, 입계 부식 저항성 및 용접 성능이 크게 향상되었습니다. 동시에 페라이트 스테인리스강의 일부 특성, 예를 들어 475 취성, 높은 열전도율, 낮은 선팽창 계수, 초가소성 및 자성을 유지합니다. 오스테나이트 스테인리스강과 비교하여 듀플렉스 스테인리스강은 더 높은 강도, 특히 항복 강도가 크게 향상되었으며, 피팅 부식 저항성, 응력 부식 저항성 및 부식 피로 저항성과 같은 특성이 크게 개선되었습니다.
이중상 스테인리스강은 화학 성분에 따라 네 가지 유형으로 분류될 수 있습니다: Cr18 유형, Cr23 (Mo 제외) 유형, Cr22 유형, Cr25 유형. Cr25 이중상 스테인리스강의 경우, 일반형과 슈퍼 이중상 스테인리스강으로 나눌 수 있으며, 그 중 Cr22 유형과 Cr25 유형이 더 일반적으로 사용됩니다. 중국에서 사용되는 이중상 스테인리스강은 대부분 스웨덴에서 생산되며, 특정 등급으로는 3RE60 (Cr18 유형), SAF2304 (Cr23 유형), SAF2205 (Cr22 유형), SAF2507 (Cr25 유형)이 포함됩니다.
4. 분류
첫 번째 유형은 저합금형에 속하며, UNS S32304 (23Cr-4Ni-0.1N) 등급으로 대표되며, 강철에 몰리브덴이 포함되어 있지 않고 PREN 값이 24-25입니다. 응력 부식 저항 측면에서 AISI304 또는 316을 대체할 수 있습니다.
두 번째 유형은 중합금형에 속하며, UNS S31803 (22Cr-5Ni-3Mo-0.15N) 등급으로 대표되며, PREN 값이 32-33입니다. 그 부식 저항성은 AISI 316L과 6% Mo+N 오스테나이트 스테인리스강 사이에 있습니다.
세 번째 유형은 고합금형에 속하며, 일반적으로 25% Cr을 포함하고, 몰리브덴과 질소를 포함하며, 일부는 구리와 텅스텐도 포함합니다. 표준 등급은 UNSS32550 (25Cr-6Ni-3Mo-2Cu-0.2N)이며, PREN 값이 38-39입니다. 이 유형의 강철의 부식 저항성은 22% Cr을 포함한 이중상 스테인리스강보다 높습니다.
네 번째 유형은 슈퍼 이중상 스테인리스강 유형에 속하며, 높은 몰리브덴과 질소를 포함합니다. 표준 등급은 UNS S32750 (25Cr-7Ni-3.7Mo-0.3N)이며, 일부는 텅스텐과 구리도 포함합니다. PREN 값이 40 이상으로, 가혹한 매체 조건에서 사용할 수 있으며, 슈퍼 오스테나이트 스테인리스강과 비교할 수 있는 우수한 부식 저항성과 기계적 종합 성능을 가지고 있습니다.
5. 용접 특성
이중상 스테인리스강은 우수한 용접 성능을 가지고 있습니다. 페라이트 스테인리스강 및 오스테나이트 스테인리스강과 비교하여, 페라이트 스테인리스강의 용접 열영향부가 없으며, 심한 입자 조대화로 인한 소성 및 인성 감소가 크게 줄어들고, 오스테나이트 스테인리스강처럼 용접 열 균열에 민감하지 않습니다.
그 독특한 장점 덕분에 이중상 스테인리스강은 석유화학 장비, 해수 및 폐수 처리 장비, 석유 및 가스 파이프라인, 제지 기계 등 산업 분야에서 널리 사용됩니다. 최근에는 교량 하중 구조물에 사용하기 위한 연구도 진행되고 있으며, 큰 발전 가능성을 가지고 있습니다.
"경제적 이중상 스틸"에서 자주 발생하는 용접 성능 문제는 문제가 되지 않습니다. 그러나 표준 이중상 스틸의 용접은 문제가 되지 않으며, 사용된 공정에 관계없이 이러한 응용에 적합한 용접 재료가 있습니다. 금속 조직 관점에서 2101 (1.4162)의 용접은 전혀 문제가 되지 않습니다. 사실, 이 재료는 아세틸렌 용접 공정을 사용하여 표준 등급 이중상 스틸보다 용접하기가 더 쉽습니다. 표준 이중상 스틸 재료의 경우, 이 공정은 항상 피해야 합니다. 2101의 용접에서 직면하는 실제 문제는 용융 풀의 점도가 다르기 때문에 습윤성이 약간 떨어진다는 것입니다. 이는 용접 과정에서 오퍼레이터가 아크 용접을 더 많이 사용하도록 강요하며, 바로 이 점이 문제입니다. 슈퍼합금을 선택하여 보상할 수 있지만, 우리는 종종 일치하는 용접 재료를 선택하고 싶어합니다.
6. 재료 및 등급
많은 이중상 스테인리스강 등급이 중국의 새로운 표준 GB/T 20878-2007 "스테인리스강 및 내열강 등급 및 화학 성분"에 추가되었습니다. 예를 들어: 14Cr18Ni11Si4AlTi 022Cr19Ni5Mo3Si2N, 12Cr21Ni5Ti. 더 많은 등급은 표준에서 찾을 수 있습니다.
또한, 유명한 2205 이중상 스틸은 중국의 022Cr23Ni5Mo3N과 동등합니다.
마침내, 일부 웹 페이지와 논문에서는 이중상 스테인리스강을 이중상 스테인리스강으로 잘못 언급하기도 합니다. 이중상은 방향성 "방향"이 아닌 두 가지 유형의 금속 조직의 존재를 나타냅니다.
화학 성분
| 등급 |
C≤ |
Mn≤ |
Si≤ |
S≤ |
P≤ |
Cr≤ |
Ni |
Mo |
Cu≤ |
N |
| S32750(SAF2507) |
0.03 |
1.2 |
0.8 |
0.02 |
0.035 |
24.0/26.0 |
6.0/8.0 |
3.0/5.0 |
0.5 |
0.24/0.32 |
| 00Cr25Ni7Mo4N |
||||||||||
| S31803(SAF2205) |
0.03 |
2 |
1 |
0.02 |
0.03 |
21.0/23.0 |
4.50/6.50 |
2.50/3.50 |
0.08/0.20 |
|
| 00Cr22Ni5Mo3N |
||||||||||
| S31500(3RE60) |
0.03 |
1.2/2.00 |
1.4/2.00 |
0.03 |
0.03 |
18.0/19.0 |
4.25/5.25 |
2.50/3.00 |
0.05/0.10 |
|
| 00Cr18Ni5Mo3Siz |
7. 용접 재료 선택 요건
이중 스테인리스강에 사용되는 용접 재료는 용접 이음에서 오스테나이트가 지배적인 이중 구조를 특징으로 하며, 주요 부식 저항 요소(크롬, 몰리브덴 등)의 함량이 모재와 동등하여 모재와 비교 가능한 부식 저항성을 보장합니다. 용접 이음에서 오스테나이트의 함량을 보장하기 위해, 일반적으로 니켈과 질소 함량을 증가시켜야 하며, 즉 니켈 등가를 약 2%에서 4% 증가시켜야 합니다. 이중 스테인리스강 모재에는 일반적으로 일정량의 질소가 포함되어 있으며, 용접 재료에도 일정한 질소 함량이 있는 것이 바람직하지만, 너무 높으면 기공이 발생할 수 있습니다. 이는 용접 재료와 모재의 주요 차이점으로 높은 니켈 함량을 만듭니다.
용접봉 선택 시, 부식 저항성과 접합 강도에 대한 다양한 요구 사항에 따라 모재의 화학 성분과 일치하는 용접봉을 선택하십시오. 예를 들어, Cr22 이중 스테인리스강을 용접할 때, Cr22Ni9Mo3 용접봉인 E2209 용접봉을 사용할 수 있습니다. 산성 용접봉을 사용할 때는 슬래그 제거가 우수하고 용접 이음이 미려하지만 충격 강도가 낮습니다. 용접 금속에 높은 충격 강도가 필요하고 모든 위치 용접이 필요한 경우, 알칼리성 용접봉을 사용해야 합니다. 루트의 바닥을 용접할 때는 보통 알칼리성 용접봉을 사용합니다. 용접 금속의 부식 저항성에 대한 특별한 요구 사항이 있는 경우, 초이중강 조성의 알칼리성 전극을 사용해야 합니다.
고체 가스 차폐 용접 와이어의 경우, 용접 금속이 우수한 부식 저항성과 기계적 특성을 갖도록 보장하는 동시에 용접 공정 성능에도 주의를 기울여야 합니다. 플럭스 코어드 와이어의 경우, 용접 형성이 아름다워야 할 때는 루타일 또는 티타늄 칼슘 타입의 플럭스 코어드 와이어를 사용할 수 있습니다. 높은 충격 강도나 높은 제약 조건 하에서 용접이 필요한 경우, 높은 알칼리성을 가진 플럭스 코어드 와이어를 사용해야 합니다.
서브머지드 아크 용접의 경우, 용접 열영향부와 용접 금속의 취성을 방지하기 위해 작은 직경의 용접 와이어를 사용하여 중소형 용접 사양에서 다층 및 다중 패스 용접을 수행하는 것이 좋으며, 일치하는 알칼리성 플럭스를 사용해야 합니다.
